ホーム > 特許ランキング > 公立大学法人秋田県立大学
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-01
(45)【発行日】2023-12-11
(54)【発明の名称】回転電機
(51)【国際特許分類】
H02K 1/276 20220101AFI20231204BHJP
【ＦＩ】
H02K1/276
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020100206
(22)【出願日】2020-06-09
(65)【公開番号】P2021197749
(43)【公開日】2021-12-27
【審査請求日】2022-11-03
(73)【特許権者】
【識別番号】306024148
【氏名又は名称】公立大学法人秋田県立大学
(74)【代理人】
【識別番号】110000291
【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100175330
【弁理士】
【氏名又は名称】樹下 浩次
(72)【発明者】
【氏名】片岡 康浩
(72)【発明者】
【氏名】草瀬 新
【審査官】若林 治男
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０２１７７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１９８２５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０３９４２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０７２９７１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ １／２７６
Ｈ０２Ｋ ２１／１４
Ｈ０２Ｋ １／２２
Ｈ０２Ｋ １／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のスロットに多相の巻線を巻装させた固定鉄心を有する電機子と、内側にハブ、外側に磁極部を有する回転鉄心を含み、前記電機子と所定寸法の空隙長を持って前記磁極部と第１永久磁石の外周が離間し、且つ前記ハブが回転軸に固定された環状の界磁回転子と、を有する回転電機において、前記界磁回転子は、周方向にＮ極及びＳ極を有し、前記磁極部の間に、周方向に前記Ｎ極及びＳ極を交互に配された前記第１永久磁石と、前記界磁回転子の周方向の極弧部の両端の長さを底辺とする略二等辺三角形である前記磁極部と、前記界磁回転子の前記磁極部の略二等辺三角形の頂部から前記ハブに連接されるスポークと、隣接する前記スポークの間の前記スポークの端部を４つの頂点とする略四角形である開孔部と、を備え、前記磁極部は、斜辺の長さに対する前記底辺の長さの比（底辺の長さ/斜辺の長さ）が０．５６以下、及び前記第１永久磁石において、径方向の内側の周方向の長さが、径方向外側の周方向の長さより大きい、ことを特徴とする回転電機。
【請求項2】
複数のスロットに多相の巻線を巻装させた固定鉄心を有する電機子と、内側にハブ、外側に磁極部を有する回転鉄心を含み、前記電機子と所定寸法の空隙長を持って前記磁極部と第１永久磁石の外周が離間し、且つ前記ハブが回転軸に固定された環状の界磁回転子と、を有する回転電機において、前記界磁回転子は、周方向にＮ極及びＳ極を有し、前記磁極部の間に、周方向に前記Ｎ極及びＳ極を交互に配された前記第１永久磁石と、前記界磁回転子の周方向の極弧部の両端の長さを底辺とする略二等辺三角形である前記磁極部と、前記界磁回転子の前記磁極部の略二等辺三角形の頂部から前記ハブに連接されるスポークと、隣接する前記スポークの間の前記スポークの端部を４つの頂点とする略四角形である開孔部と、を備え、前記界磁回転子の回転軸方向から見た前記磁極部の前記極弧部の幅の電気角（Ａ°）の、電気角３０°(Ｂ°)に対する比である極弧ピッチλ＝Ａ/Ｂが、２．２～４．３、及び前記第１永久磁石において、径方向の内側の周方向の長さが、径方向外側の周方向の長さより大きい、ことを特徴とする回転電機。
【請求項3】
請求項２の回転電機において、前記界磁回転子の回転軸方向から見た前記磁極部の前記極弧部の幅の電気角（Ａ°）の、電気角３０°(Ｂ°)に対する比である極弧ピッチλ＝Ａ/Ｂが、２．５～３．３であることを特徴とする回転電機。
【請求項4】
前記界磁回転子の前記スポークの間の前記開孔部に、隣接する前記第１永久磁石と結合された第２永久磁石が配され、前記第２永久磁石のＮ極及びＳ極は、前記第１永久磁石と同じであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つの回転電機。
【請求項5】
請求項４の、前記界磁回転子の前記スポーク、前記ハブ、前記第２永久磁石、及び前記第１永久磁石が、一つに結合された第３永久磁石であることを特徴とする回転電機。
【請求項6】
請求項４の前記第１永久磁石又は前記第２永久磁石の内、すくなくとも1つは並行着磁されていることを特徴とする回転電機。
【請求項7】
請求項１乃至請求項６のいずれか１つの回転電機において、前記界磁回転子の前記磁極部は、すくなくともアモルファスを母相とする金属であることを特徴とする回転電機。
【請求項8】
請求項１乃至請求項７のいずれか１つの回転電機において、前記界磁回転子の前記磁極部の外周に磁極外部縁と、前記界磁回転子の前記第１永久磁石の外周にブリッジとを有し、隣接する前記磁極部の外縁と前記ブリッジの端部が全て結合していることを特徴とする回転電機。
【請求項9】
請求項８の回転電機において、前記電機子と対向する前記ブリッジの面にへこみを有することを特徴とする回転電機。
【請求項10】
請求項８または請求項９の回転電機において、前記ブリッジは、非磁性部材であることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、永久磁石を用いた回転電機に関する。
【背景技術】
【0002】
モータや発電機等永久磁石を用いた回転電機の小型高出力化は、分野や時代に関わらず普遍のニーズである。このような小型高出力の回転電機として、特許文献１には、ロータである界磁回転子に、ハルバッハ配列と言われる磁束密度の集中効果を発揮する特殊な永久磁石の配列を採用するものが記載されている。
【0003】
特許文献１に記載される環状の界磁回転子は、鉄心と永久磁石を有する。鉄心は、内側に回転軸に固定されるハブと、外側に略三角形の磁極部を複数有する。永久磁石は、周方向にＮ極及びＳ極を有し、周方向にＮ極及びＳ極を交互に配されている。磁極部は、永久磁石の間に配される。
【0004】
永久磁石を流れる磁束は、高い残留磁束密度で高保磁力ほどよく流れ磁束密度は大きくなり、低い残留磁束密度で高保磁力では流れにくくなり磁束密度は小さくなる。しかし、永久磁石を流れる磁束は、粗密なく均等にとなり集中することはない。
一方、磁極部は、高磁性の材料（例えば鉄系）を用い、磁束を集中させ大きな磁束密度とする効果を狙うことができる。
なお、ここで、ステータである電機子のコイルが励磁して発生する磁束は、ロータである界磁回転子の永久磁石のＳ極側の磁極部に流れ、永久磁石の内部を流れ、Ｎ極側の磁極部から電機子に戻る。
一方、磁極部は、高磁性の材料（例えば鉄系）を用い、磁束を集中させ大きな磁束密度とする効果を狙うことができる。
なお、ここで、ステータである電機子のコイルが励磁して発生する磁束は、ロータである界磁回転子の永久磁石のＳ極側の磁極部に流れ、永久磁石の内部を流れ、Ｎ極側の磁極部から電機子に戻る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１５－３３２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、磁極部での磁束の集中は、磁極部が略三角形であることによる幾何学的な効果もある。即ち、永久磁石のＮ極からでる磁束は、隣接する磁極部へ永久磁石のＮ極に隣接する斜辺から入り、磁極部の最外周部の極弧部から出る。特許文献１に記載される磁極部は正三角形に近い略三角形であるので一辺の長さをＬとすると、磁束は、永久磁石のＮ極に隣接する斜辺の長さＬから極弧部である底辺の半分の長さＬ/２に集中して流れる。よって、磁極部は、磁束密度を２倍程度に大きくすることができる。尚、底辺の半分の長さに集中するのは、磁極部は２つの永久磁石の間に配され、磁極部の２つの斜辺には、それぞれ隣接する永久磁石のＮ極から磁束が流れ込み、それぞれ底辺の１/２の長さから流れ出るからである。
磁極部の材料として一般に使われる鉄の飽和磁束密度は、２テスラ（以下、［Ｔ］と記す）程度である。一方、プラスチック磁石の磁束密度は０．５［Ｔ］程度である。よって、従来の磁極部は、永久磁石としてプラスチック磁石を用いたとき、０．５×２＝１［Ｔ］となり、理想とすべき鉄並みの磁束密度を得ることができない。よって、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクが２００Ｎｍ程度であり、目標とする１２．５％向上するトルク２２５Ｎｍを達成することができない。
磁極部の材料として一般に使われる鉄の飽和磁束密度は、２テスラ（以下、［Ｔ］と記す）程度である。一方、プラスチック磁石の磁束密度は０．５［Ｔ］程度である。よって、従来の磁極部は、永久磁石としてプラスチック磁石を用いたとき、０．５×２＝１［Ｔ］となり、理想とすべき鉄並みの磁束密度を得ることができない。よって、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクが２００Ｎｍ程度であり、目標とする１２．５％向上するトルク２２５Ｎｍを達成することができない。
【0007】
そこで、本開示は上記の問題点を解決するためになされたものであり、磁極部の磁束の集中効果を高め、大きな磁束密度とし、高いトルクを発生する回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、複数のスロットに多相の巻線を巻装させた固定鉄心を有する電機子と、内側にハブ、外側に磁極部を有する回転鉄心と、周方向にＮ極及びＳ極を有し、前記磁極部の間に、周方向に前記Ｎ極及びＳ極を交互に配された第１永久磁石と、前記界磁回転子の周方向の極弧部の両端の長さを底辺とする略二等辺三角形である前記磁極部と、を備え、前記電機子と所定寸法の空隙長を持って前記磁極部と永久磁石の外周が離間し、且つ前記ハブが回転軸に固定された環状の界磁回転子と、を有する回転電機において、前記磁極部は、斜辺の長さに対する前記底辺の長さの比（底辺の長さ/斜辺の長さ）が、０．５６以下であること、を特徴とする。
【0009】
この態様によれば、磁極部は、斜辺の長さに対する前記底辺の長さの比（底辺の長さ/斜辺の長さ）が、０．５６以下の略二等辺三角形である。
略二等辺三角形の斜辺の長さをＬとすると、磁極部において磁束は、長さ（Ｌ）の斜辺から流入し、半分以下の長さ（０．５６×Ｌ/２）の底辺から流出する。よって、磁極部は、磁束密度を、（斜辺の長さ）/（底辺の半分の長さ）以上、即ち、３．６（２/０．５６）倍以上に大きくすることができる。
磁極部の材料として使われる鉄の飽和磁束密度は一般に２［Ｔ］程度であるが、実質的には９０％程度で磁気飽和が始まり実質的飽和磁束密度は１．８［Ｔ］程度である。一方、低価格ではあるが磁力の弱い磁石として知られているプラスチック磁石の磁束密度は０．５［Ｔ］程度である。よって、本態様の磁極部は、永久磁石として前記のような磁力の弱いプラスチック磁石を用いたときであっても、０．５×３．６＝１．８［Ｔ］の、鉄並みの理想とすべき強い磁束密度を得ることができる。よって、解析により、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１２．５％以上大きくすることができ、目標とするトルク２２５Ｎｍを達成することができる。
略二等辺三角形の斜辺の長さをＬとすると、磁極部において磁束は、長さ（Ｌ）の斜辺から流入し、半分以下の長さ（０．５６×Ｌ/２）の底辺から流出する。よって、磁極部は、磁束密度を、（斜辺の長さ）/（底辺の半分の長さ）以上、即ち、３．６（２/０．５６）倍以上に大きくすることができる。
磁極部の材料として使われる鉄の飽和磁束密度は一般に２［Ｔ］程度であるが、実質的には９０％程度で磁気飽和が始まり実質的飽和磁束密度は１．８［Ｔ］程度である。一方、低価格ではあるが磁力の弱い磁石として知られているプラスチック磁石の磁束密度は０．５［Ｔ］程度である。よって、本態様の磁極部は、永久磁石として前記のような磁力の弱いプラスチック磁石を用いたときであっても、０．５×３．６＝１．８［Ｔ］の、鉄並みの理想とすべき強い磁束密度を得ることができる。よって、解析により、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１２．５％以上大きくすることができ、目標とするトルク２２５Ｎｍを達成することができる。
【0010】
上記課題を解決するためになされた本開示の他の形態は、複数のスロットに多相の巻線を巻装させた固定鉄心を有する電機子と、内側にハブ、外側に磁極部を有する回転鉄心と、周方向にＮ極及びＳ極を有し、前記磁極部の間に、周方向に前記Ｎ極及びＳ極を交互に配された第１永久磁石と、前記界磁回転子の周方向の極弧部の両端の長さを底辺とする略二等辺三角形である前記磁極部と、を備え、前記電機子と所定寸法の空隙長を持って前記磁極部と永久磁石の外周が離間し、且つ前記ハブが回転軸に固定された環状の界磁回転子と、を有する回転電機において、前記界磁回転子の回転軸方向から見た前記磁極部の前記極弧部の幅の電気角（Ａ°）の、電気角３０°(Ｂ°)に対する比である極弧ピッチλ＝Ａ/Ｂが、２．２～４．３であること、を特徴とする。
【0011】
この態様によれば、界磁回転子の回転軸方向から見た磁極部の極弧部の幅の電気角（Ａ°）の、電気角３０°(Ｂ°)に対する比である極弧ピッチλ＝Ａ/Ｂが、２．２～４．３である。
分母Ｂは、回転電機１の作用配分から、ある磁極部から次の磁極部までの半周期（電気角１８０°）を６等分した（電気角３０°）単位である。磁極部の極弧部の幅の電気角（Ａ°）は、界磁回転子の回転軸方向から見た電気角である。磁極部の略二等辺三角形の形状は、極弧ピッチλが大きくなると、斜辺の長さは変わらないが、頂角は大きくなり底辺の長さは大きくなる。よって、極弧ピッチλが大きいほど、斜辺長さに対する底辺長さの比（底辺の長さ/斜辺の長さ）は大きくなる。
発生トルクに寄与するのは、第1永久磁石が接する磁極部の回転前方の磁極部外縁と電機子との間にある境界付近の磁束が行き来する空隙領域の磁束密度の大きさである。極弧ピッチλが大きいほど磁路の断面積が広がり、電機子と磁極部の間の境界の磁気抵抗が低下し、磁束が増加することによりトルクが増加する。しかし、極弧ピッチλを大きくし過ぎると周方向に隣り合う磁極部同士の間隔は狭くなるから、その間に配される第1永久磁石の厚さは薄くなる。よって第1永久磁石の起磁力が低下し、磁束が減少してトルクが低下する。一方、極弧ピッチλが小さい、即ち極弧幅が狭い場合は、第1永久磁石の厚さが厚くでき起磁力が増加し、磁束が増加してトルクが増加する。しかし、極弧ピッチλを小さくし過ぎると磁極部の幅が狭くなり、磁極部で磁気飽和が発生して磁気抵抗が増加し、磁束が減少してトルクが低下する。従って、発生するトルクは、極弧ピッチλに対して凸部を有する傾向がある。
極弧ピッチλ＝２．２～４．３の範囲では、下限λ＝２．２及び上限λ＝４．３にて、トルクは最小値の２２５Ｎｍとなり、トルクの最大値は２３５Ｎｍを持つ凸傾向にある。 よって、解析により、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１２．５％程度大きくすることができ、目標とするトルク２２５Ｎｍを達成することができる。
分母Ｂは、回転電機１の作用配分から、ある磁極部から次の磁極部までの半周期（電気角１８０°）を６等分した（電気角３０°）単位である。磁極部の極弧部の幅の電気角（Ａ°）は、界磁回転子の回転軸方向から見た電気角である。磁極部の略二等辺三角形の形状は、極弧ピッチλが大きくなると、斜辺の長さは変わらないが、頂角は大きくなり底辺の長さは大きくなる。よって、極弧ピッチλが大きいほど、斜辺長さに対する底辺長さの比（底辺の長さ/斜辺の長さ）は大きくなる。
発生トルクに寄与するのは、第1永久磁石が接する磁極部の回転前方の磁極部外縁と電機子との間にある境界付近の磁束が行き来する空隙領域の磁束密度の大きさである。極弧ピッチλが大きいほど磁路の断面積が広がり、電機子と磁極部の間の境界の磁気抵抗が低下し、磁束が増加することによりトルクが増加する。しかし、極弧ピッチλを大きくし過ぎると周方向に隣り合う磁極部同士の間隔は狭くなるから、その間に配される第1永久磁石の厚さは薄くなる。よって第1永久磁石の起磁力が低下し、磁束が減少してトルクが低下する。一方、極弧ピッチλが小さい、即ち極弧幅が狭い場合は、第1永久磁石の厚さが厚くでき起磁力が増加し、磁束が増加してトルクが増加する。しかし、極弧ピッチλを小さくし過ぎると磁極部の幅が狭くなり、磁極部で磁気飽和が発生して磁気抵抗が増加し、磁束が減少してトルクが低下する。従って、発生するトルクは、極弧ピッチλに対して凸部を有する傾向がある。
極弧ピッチλ＝２．２～４．３の範囲では、下限λ＝２．２及び上限λ＝４．３にて、トルクは最小値の２２５Ｎｍとなり、トルクの最大値は２３５Ｎｍを持つ凸傾向にある。 よって、解析により、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１２．５％程度大きくすることができ、目標とするトルク２２５Ｎｍを達成することができる。
【0012】
上記の態様においては、前記界磁回転子の回転軸方向から見た前記磁極部の前記極弧部の幅の電気角（Ａ°）の、電気角３０°(Ｂ°)に対する比である極弧ピッチλ＝Ａ/Ｂが、２．５～３．３であること、を特徴とする。
【0013】
この態様によれば、極弧ピッチλ＝２．５～３．３の範囲では、下限λ＝２．５及び上限λ＝３．３にて、トルクは最小値の２２９Ｎｍとなり、トルクの最大値は２３５Ｎｍを持つ凸傾向にある。
よって、解析により、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１５％程度大きくすることができ、目標より大きいトルク２３０Ｎｍを達成することができる。
よって、解析により、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１５％程度大きくすることができ、目標より大きいトルク２３０Ｎｍを達成することができる。
【0014】
上記のいずれか一方の態様においては、前記界磁回転子の前記磁極部の略二等辺三角形の頂部から前記ハブに連接されるスポークと、隣接する前記スポークの間の開孔部と、を有すること、が好ましい。
【0015】
この態様によれば、界磁回転子の磁極部の略二等辺三角形の頂部からハブに連接されるスポークと、隣接するスポークの間の開孔部とを有する。
よって、回転電機の回転によりスポークの間の開口部に空気が流れる。この空気により、磁極部及び第１永久磁石に発生する熱を、効率良く放熱することができる。よって、第１永久磁石の温度上昇を抑制して性能を高く維持できる効果がある。永久磁石は温度上昇により不可逆的に減磁するので、温度上昇の抑制は重要である。また、スポークにより遠心力などが働く磁極部及び第１永久磁石をハブに堅固に支持できる。
よって、回転電機の回転によりスポークの間の開口部に空気が流れる。この空気により、磁極部及び第１永久磁石に発生する熱を、効率良く放熱することができる。よって、第１永久磁石の温度上昇を抑制して性能を高く維持できる効果がある。永久磁石は温度上昇により不可逆的に減磁するので、温度上昇の抑制は重要である。また、スポークにより遠心力などが働く磁極部及び第１永久磁石をハブに堅固に支持できる。
【0016】
上記の態様においては、前記界磁回転子の前記スポークの間の開孔部に、隣接する前記第１永久磁石と結合された第２永久磁石が配され、前記第２永久磁石のＮ極及びＳ極は、前記第１永久磁石と同じあること、が好ましい。
【0017】
この態様によれば、界磁回転子のスポークの間の開孔部に隣接する第１永久磁石と結合された第２永久磁石が配され、第２永久磁石のＮ極及びＳ極は、第１永久磁石と同じある。
第２永久磁石から流れ出る磁束は、介在するスポークを流れる。次に、磁極部の頂部を介して磁極部の中央部を流れる。磁極部の中央部は、対向する第１永久磁石からの磁束が少ない領域である。よって、磁極部から電機子への磁束密度を高める効果がある。
本開示の磁極部は、高い磁束密度を実現し高いトルクを発生する。磁極部や第１永久磁石、などには大きな磁気的な力が作用するため、周方向の変位や振動が大きくなる。よって、第１永久磁石と第２永久磁石が結合され、また回転鉄心とも接着剤や嵌合などにより結合され機械的に一体化して結合させて強固にされている。
第２永久磁石から流れ出る磁束は、介在するスポークを流れる。次に、磁極部の頂部を介して磁極部の中央部を流れる。磁極部の中央部は、対向する第１永久磁石からの磁束が少ない領域である。よって、磁極部から電機子への磁束密度を高める効果がある。
本開示の磁極部は、高い磁束密度を実現し高いトルクを発生する。磁極部や第１永久磁石、などには大きな磁気的な力が作用するため、周方向の変位や振動が大きくなる。よって、第１永久磁石と第２永久磁石が結合され、また回転鉄心とも接着剤や嵌合などにより結合され機械的に一体化して結合させて強固にされている。
【0018】
上記の態様においては、前記界磁回転子の前記スポーク、前記ハブ、前記第２永久磁石、及び前記第１永久磁石が、一つに結合された第３永久磁石であること、が好ましい。
【0019】
この態様によれば、界磁回転子のスポーク、ハブ、第２永久磁石、及び第１永久磁石が、一つに結合された第３永久磁石である。
よって、永久磁石のパーツ数が一個と少なくできる。特に、プラスチック磁石を用いると射出成形が可能となる。低コスト化と共に、プラスチック磁石は、鉄心や焼結金属磁石に比べて軽いので、一つへの結合により永久磁石の量が増えたとしても回転鉄心の量が減る分は、回転電機全体として軽量化ができる。
よって、永久磁石のパーツ数が一個と少なくできる。特に、プラスチック磁石を用いると射出成形が可能となる。低コスト化と共に、プラスチック磁石は、鉄心や焼結金属磁石に比べて軽いので、一つへの結合により永久磁石の量が増えたとしても回転鉄心の量が減る分は、回転電機全体として軽量化ができる。
【0020】
上記の態様においては、前記第１永久磁石、前記第２永久磁石、又は前記第３永久磁石は、並行着磁されていること、が好ましい。
【0021】
この態様によれば、第１永久磁石、第２永久磁石、又は第３永久磁石は、並行着磁されている。
特にプラスチック磁石への並行着磁は、全体的に均質に着磁できる。よって、プラスチック磁石の量に対して、プラスチック磁石の磁界エネルギーが大きく確保でき発生トルクが大きくなる。また、プラスチック磁石単体での着磁を、界磁回転子の組み立て前にできるので、プラスチック磁石の個々の出来栄え（品質など）が良い、又検査が容易であり、総合して低コストになる。
特にプラスチック磁石への並行着磁は、全体的に均質に着磁できる。よって、プラスチック磁石の量に対して、プラスチック磁石の磁界エネルギーが大きく確保でき発生トルクが大きくなる。また、プラスチック磁石単体での着磁を、界磁回転子の組み立て前にできるので、プラスチック磁石の個々の出来栄え（品質など）が良い、又検査が容易であり、総合して低コストになる。
【0022】
上記の態様においては、前記界磁回転子の前記磁極部は、すくなくともアモルファスを母相とする金属であること、が好ましい。
【0023】
この態様によれば、界磁回転子の磁極部は、すくなくともアモルファスを母相とする金属である。
一般に、磁極部はその回転中にその向かい合う電機子鉄心の歯ティースの部分とスロット入口空間のところとが交互に通過するので磁極部での磁束やりとりは変動する。本開示の磁極部は、非常に磁束密度が高まる構成としており、磁極部での鉄損が大きくなる傾向がある。よって、アモルファスを母相とする金属は超低鉄損なので鉄損を小さくすることができる。
尚、磁極部での鉄損は、対向する電機子の鉄心のティースとスロット入口空間による凸凹が交互に通過することに起因する磁極部での磁束やりとりの変動が大きいことにより、大きくなる傾向がある。
一般に、磁極部はその回転中にその向かい合う電機子鉄心の歯ティースの部分とスロット入口空間のところとが交互に通過するので磁極部での磁束やりとりは変動する。本開示の磁極部は、非常に磁束密度が高まる構成としており、磁極部での鉄損が大きくなる傾向がある。よって、アモルファスを母相とする金属は超低鉄損なので鉄損を小さくすることができる。
尚、磁極部での鉄損は、対向する電機子の鉄心のティースとスロット入口空間による凸凹が交互に通過することに起因する磁極部での磁束やりとりの変動が大きいことにより、大きくなる傾向がある。
【0024】
上記の態様においては、前記界磁回転子の前記磁極部の外周に磁極部外縁と、前記界磁回転子の前記第１永久磁石の外周にブリッジとを有し、隣接する前記磁極部外縁と前記ブリッジの端部が全て結合していること、が好ましい。
【0025】
この態様によれば、界磁回転子の磁極部の外周に磁極部外縁と、界磁回転子の第１永久磁石の外周にブリッジとを有し、隣接する磁極部外縁とブリッジの端部が全て結合している。
よって、第１永久磁石の外周にブリッジと隣接する磁極部外縁との端部が全て結合してリング形状となっている。このリングが磁極部と第１永久磁石などの永久磁石をハブに機械的に一体化して結合させて強固にしている。本開示の磁極部は、高い磁束密度を実現し高いトルクを発生する。磁極部や第１永久磁石などには大きな磁気的な力が作用するため、周方向の変位や振動が大きくなる。よって、一体化したリングの効果は大きい。
よって、第１永久磁石の外周にブリッジと隣接する磁極部外縁との端部が全て結合してリング形状となっている。このリングが磁極部と第１永久磁石などの永久磁石をハブに機械的に一体化して結合させて強固にしている。本開示の磁極部は、高い磁束密度を実現し高いトルクを発生する。磁極部や第１永久磁石などには大きな磁気的な力が作用するため、周方向の変位や振動が大きくなる。よって、一体化したリングの効果は大きい。
【0026】
上記の態様においては、前記電機子と対向する前記ブリッジの面にへこみを有すること、が好ましい。
【0027】
この態様によれば、電機子と対向するブリッジの面にへこみを有する。
電機子と対向するブリッジの面にへこみを有すると空隙長は広くなる。よって、磁極部外縁との空隙長が相対的に狭くなる。磁極部外縁は、磁極部の極弧部に接しているので、磁極部での磁束の集中を高めることができる。
電機子と対向するブリッジの面にへこみを有すると空隙長は広くなる。よって、磁極部外縁との空隙長が相対的に狭くなる。磁極部外縁は、磁極部の極弧部に接しているので、磁極部での磁束の集中を高めることができる。
【0028】
上記の態様においては、前記ブリッジは、非磁性部材であること、が好ましい。
【0029】
この態様によれば、ブリッジは、非磁性部材である。隣接する磁極部の極性はN極、S極と異極が交互に並ぶ。ここで、隣接する磁極部を結ぶブリッジが磁性材の場合、ブリッジを介して隣あう異極間に磁束の漏れ、即ちショートカットが生じる。ショートカットが生じると、電機子の固定鉄心への供給される磁束量が減る。ブリッジが非磁性材にすると、ョートカットが抑制される。
【発明の効果】
【0030】
本開示により、磁極部の磁束の集中効果を高め、大きな磁束密度とし、高いトルクを発生する回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】第１実施形態の回転電機の構成の概略図である。
【図2】（ａ）第１実施形態の回転電機の回転鉄心の概略図である。（ｂ）第１実施形態の回転電機の第１永久磁石及び第２永久磁石の概略図である。
【図3】略二等辺三角形の磁極部の概略図である。
【図4】電機子と界磁回転子の間の磁束の流れの解析を示す概略図である。
【図5】第１実施形態の回転電機の電機子と界磁回転子の磁束密度の解析を示す概略図である。（ａ）解析対象部、（ｂ）磁束密度の解析結果。
【図6】第１実施形態の回転電機の発生トルクの解析を示す概略図である。
【図7】極弧ピッチλによる発生するトルクを示す図である。
【図13】第２実施形態の回転電機の構成の概略図である。
【図14】第２実施形態の回転電機のブリッジの構成の概略図である。
【図15】第４実施形態の回転電機の構成の概略図である。
【図16】（ａ）第４実施形態の回転電機の回転鉄心の概略図である。（ｂ）第４実施形態の回転電機の第３永久磁石の概略図である。
【図17】（ａ）第４実施形態の第３永久磁石の平行着磁を示す概略図である。（ｂ）極異方性着磁を示す。
【図18】従来回転機械（磁極部が永久磁石のハルバッハ配列）の磁束密度の解析を示す概略図である。
【図19】従来回転機械（磁極部が永久磁石のハルバッハ配列）の発生トルクの解析を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、本開示の実施形態である回転電機１について図を用いて示す。なお、実施形態は単なる開示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
【0033】
＜回転電機の用途と構成＞
本開示の回転電機１は、特殊な形状の磁極部３０により磁束６０を集中させ磁束密度を高めることにより、高出力とし、小型化も可能である。よって、軽量高出力の強く望まれる自動車、ドローン、及び電動航空機等に適用価値が高い。
本開示の回転電機１は、特殊な形状の磁極部３０により磁束６０を集中させ磁束密度を高めることにより、高出力とし、小型化も可能である。よって、軽量高出力の強く望まれる自動車、ドローン、及び電動航空機等に適用価値が高い。
【0034】
（第１実施形態）
本開示の第１実施形態である回転電機１の構成について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は、第１実施形態の回転電機１の構成の概略図である。まず、回転電機１の基本構成を説明する。回転電機１は、複数のスロット１４に多相の巻線１６を巻装させた固定鉄心１２を有する電機子１０と、所定寸法の空隙長７を持って外周が離間し、且つ内周が回転軸３に固定された環状の界磁回転子２０とを有する。界磁回転子２０は、回転鉄心２２と第１永久磁石４０を有する。回転鉄心２２は、内側にハブ２７、外側に磁極部３０を有する。よって、ハブ２７の内周が回転軸３に固定される。第１永久磁石４０は、周方向Ｒ２にＮ極及びＳ極を有する。磁極部３０の間に、第１永久磁石４０が、Ｎ極及びＳ極を交互に配される。
本開示の第１実施形態である回転電機１の構成について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は、第１実施形態の回転電機１の構成の概略図である。まず、回転電機１の基本構成を説明する。回転電機１は、複数のスロット１４に多相の巻線１６を巻装させた固定鉄心１２を有する電機子１０と、所定寸法の空隙長７を持って外周が離間し、且つ内周が回転軸３に固定された環状の界磁回転子２０とを有する。界磁回転子２０は、回転鉄心２２と第１永久磁石４０を有する。回転鉄心２２は、内側にハブ２７、外側に磁極部３０を有する。よって、ハブ２７の内周が回転軸３に固定される。第１永久磁石４０は、周方向Ｒ２にＮ極及びＳ極を有する。磁極部３０の間に、第１永久磁石４０が、Ｎ極及びＳ極を交互に配される。
【0035】
次に、第１実施形態の回転電機１を説明する。第１実施形態は、基本構成に加えて、回転鉄心２２にハブ２７と磁極部３０の頂部３５をつなぐスポーク２６を有する。隣接するスポーク２６の間には、第２永久磁石４２を有する。第２永久磁石４２は、周方向Ｒ２にＮ極及びＳ極を有する。スポーク２６の間に、第２永久磁石４２が、Ｎ極及びＳ極を、径方向Ｒ１に隣接する第１永久磁石のＮ極及びＳ極と同一方向になるように交互に配される。第１永久磁石４０と第２永久磁石４２とは、一体に結合されても良い。
【0036】
第１実施形態の回転電機１の回転鉄心２２の矢視図を、図２（ａ）に示す。回転鉄心２２は、内側にハブ２７、その外側に径方向Ｒ１に複数のスポーク２６を接合している。スポーク２６の外側の端部には、略二等辺三角形の頂部３５が接続された磁極部３０が配される。磁極部３０の底辺３３に相当する極弧部３２がある。隣接する極弧部３２の両端部はブリッジ５０により連結されている。一体である磁極部３０とスポーク２６の間には、開孔部２４がある。開孔部２４には、第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２が挿入される。回転鉄心２２と第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２とは、嵌合や接着剤により一体に作られる。
【0037】
図２（ｂ）に、第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２の配列を示す。第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２は、周方向Ｒ２にＮ極及びＳ極を有し、Ｎ極及びＳ極を交互に配されている（以下、「ハルバッハ配列」という）。
【0038】
＜永久磁石＞
第１永久磁石４０、第２永久磁石４２、及び第３永久磁石４４（第４実施形態）は、焼結金属磁石又はプラスチック磁石を用いる。
焼結金属磁石としては、例えば、信越化学(株)のＮ３６Ｚが使われる。これは、焼結ネオジム磁石であり、残留磁束密度１．１［T］、保磁力８７５［ｋＡ/ｍ］である。焼結金属磁石の渦電流を左右する電気抵抗率(抵抗比)は、１．４［μΩ・m］である。プラスチック磁石に比べ高コストである。
プラスチック磁石としては、例えば、ＮＥＯＭＡＸ－Ｐ６ (ＮＥＯＭＡＸ（株)が使われる。プラマグボンド磁石であり、残留磁束密度０．５［T］、保磁力６３０［ｋA/ｍ］である。渦電流を左右する電気抵抗率(抵抗比)は、５０[μΩ・m]である。
プラスチック磁石は、プラスチック材料を基材として、磁性体材料（例えば、希土類系磁石材料など）を混合している。プラスチック材料にはラバー材料も含まれる。
上記以外の材料であっても、特徴の類似する材料を用いることができるのはいうまでもない。
第１永久磁石４０、第２永久磁石４２、及び第３永久磁石４４（第４実施形態）は、焼結金属磁石又はプラスチック磁石を用いる。
焼結金属磁石としては、例えば、信越化学(株)のＮ３６Ｚが使われる。これは、焼結ネオジム磁石であり、残留磁束密度１．１［T］、保磁力８７５［ｋＡ/ｍ］である。焼結金属磁石の渦電流を左右する電気抵抗率(抵抗比)は、１．４［μΩ・m］である。プラスチック磁石に比べ高コストである。
プラスチック磁石としては、例えば、ＮＥＯＭＡＸ－Ｐ６ (ＮＥＯＭＡＸ（株)が使われる。プラマグボンド磁石であり、残留磁束密度０．５［T］、保磁力６３０［ｋA/ｍ］である。渦電流を左右する電気抵抗率(抵抗比)は、５０[μΩ・m]である。
プラスチック磁石は、プラスチック材料を基材として、磁性体材料（例えば、希土類系磁石材料など）を混合している。プラスチック材料にはラバー材料も含まれる。
上記以外の材料であっても、特徴の類似する材料を用いることができるのはいうまでもない。
【0039】
＜積層鉄心＞
積層鉄心として、固定鉄心１２及び回転鉄心２２には、磁性体である鉄を基材とした材料が用いられる。
固定鉄心１２には、例えば、４９％コバルト鋼板であるＶＡＣＯＦＬＵＸ５０ (ＶＡＣ社、独)が使われる。主な仕様は、板厚が０．２ mm、磁気飽和密度が２．３５[Ｔ]、引張強度が７２０［ＭＰａ］である。
回転鉄心２２には、アモルファスを母相とする金属、例えば、アモルファス鋼板である２６０５ＨＢ１Ｍ (日立金属(株))が使われる。主な仕様は、鉄損が０．１７W/ｋｇ （１．３［Ｔ］、［５０Ｈｚ））、引張強度が２１００ＭＰａ、磁気飽和密度が１．５［Ｔ］である。また例えば、回転鉄心２２には、アモルファス金属の一種であるが、その母相中に鉄のナノ結晶を高密度に分散したナノ結晶合金のＮＡＮＯＭＥＴ(R)（(株)東北マグネットインスティテュート）が使われる。鉄損が約０．３W/ｋｇ （１．５［Ｔ］、［５０Ｈｚ］）、磁気飽和密度が１．８［Ｔ］である。また、例えば、回転鉄心２２には、普通珪素鋼板である ３５Ｈ３００ （日本製鐵（株））が使われる。主な仕様は、鉄損が３Ｗ/ｋｇ 引張強度が５０９ＭＰａ、磁気飽和密度が2［Ｔ］である。また回転子鉄心２２には、高張力珪素鋼板である ３５ＨＸＴ７８０Ｔ （日本製鐵（株））が使われる。主な特長となる仕様は、引張強度が８２２ＭＰａと強く、前記の磁極群や磁石群を支えるのに好適な耐久性をもたせた設計ができる。
上記以外の材料であっても、特徴の類似する材料が用いることができるのはいうまでもない。
積層鉄心として、固定鉄心１２及び回転鉄心２２には、磁性体である鉄を基材とした材料が用いられる。
固定鉄心１２には、例えば、４９％コバルト鋼板であるＶＡＣＯＦＬＵＸ５０ (ＶＡＣ社、独)が使われる。主な仕様は、板厚が０．２ mm、磁気飽和密度が２．３５[Ｔ]、引張強度が７２０［ＭＰａ］である。
回転鉄心２２には、アモルファスを母相とする金属、例えば、アモルファス鋼板である２６０５ＨＢ１Ｍ (日立金属(株))が使われる。主な仕様は、鉄損が０．１７W/ｋｇ （１．３［Ｔ］、［５０Ｈｚ））、引張強度が２１００ＭＰａ、磁気飽和密度が１．５［Ｔ］である。また例えば、回転鉄心２２には、アモルファス金属の一種であるが、その母相中に鉄のナノ結晶を高密度に分散したナノ結晶合金のＮＡＮＯＭＥＴ(R)（(株)東北マグネットインスティテュート）が使われる。鉄損が約０．３W/ｋｇ （１．５［Ｔ］、［５０Ｈｚ］）、磁気飽和密度が１．８［Ｔ］である。また、例えば、回転鉄心２２には、普通珪素鋼板である ３５Ｈ３００ （日本製鐵（株））が使われる。主な仕様は、鉄損が３Ｗ/ｋｇ 引張強度が５０９ＭＰａ、磁気飽和密度が2［Ｔ］である。また回転子鉄心２２には、高張力珪素鋼板である ３５ＨＸＴ７８０Ｔ （日本製鐵（株））が使われる。主な特長となる仕様は、引張強度が８２２ＭＰａと強く、前記の磁極群や磁石群を支えるのに好適な耐久性をもたせた設計ができる。
上記以外の材料であっても、特徴の類似する材料が用いることができるのはいうまでもない。
【0040】
＜磁極部の構成＞
図３（ａ）に、磁極部３０の略二等辺三角形の概略図を示す。図３（ｂ）に示すように、底辺３３は、界磁回転子２０の周方向Ｒ２の極弧部３２の両端をつなぐ直線である。頂部３５は、底辺３３と並行である。斜辺３６は、径方向Ｒ１を線対称として、底辺３３の端部と頂部３５の端部をつなぐ直線である。磁極部３０の形状は、斜辺３６の長さに対する底辺３３の長さの比（底辺の長さ/斜辺の長さ）が、０．５６以下の略二等辺三角形である。ここでの電機子鉄心の径３００の実施例では、磁極部３０は、底辺３３が２０．８ｍｍ、斜辺３４が４４．８mm、の略二等辺三角形となっている（底辺３３/斜辺３４＝０．４６）である。頂部３５の長さは、３．１ｍｍである。よって、ハブ２７につながるスポーク２６の幅は３．１mmとしている。スポーク２６の幅は、底辺３３の長さの１５％程度である。
図３（ａ）に、磁極部３０の略二等辺三角形の概略図を示す。図３（ｂ）に示すように、底辺３３は、界磁回転子２０の周方向Ｒ２の極弧部３２の両端をつなぐ直線である。頂部３５は、底辺３３と並行である。斜辺３６は、径方向Ｒ１を線対称として、底辺３３の端部と頂部３５の端部をつなぐ直線である。磁極部３０の形状は、斜辺３６の長さに対する底辺３３の長さの比（底辺の長さ/斜辺の長さ）が、０．５６以下の略二等辺三角形である。ここでの電機子鉄心の径３００の実施例では、磁極部３０は、底辺３３が２０．８ｍｍ、斜辺３４が４４．８mm、の略二等辺三角形となっている（底辺３３/斜辺３４＝０．４６）である。頂部３５の長さは、３．１ｍｍである。よって、ハブ２７につながるスポーク２６の幅は３．１mmとしている。スポーク２６の幅は、底辺３３の長さの１５％程度である。
【0041】
基本構成の場合、頂部３５はハブ２７につながる。また、第１実施形態の場合、頂部３５はスポーク２６につながる。磁極部３０の２つの斜辺３６に隣接する第１永久磁石４０は、同極性（N極又はS極）となる。同様に、スポーク２６に隣接する第２永久磁石４２は、同極性（N極又はS極）となる。また、磁極部３０、スポーク２６、及びハブ２７は、回転鉄心２２と同じ材料からなる。尚、第１永久磁石４０と第２永久磁石４２の境界は、隣接する磁極部３０の頂部３５を通る直線又はこの直線に近い円弧ある。
【0042】
＜解析手段＞
本開示に用いた解析条件は以下である。過渡磁場解析に用いたＦｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ解析（以下、ＦＥＡ解析と記す）は、ムラタソフトウェア（株）製のＦｅｍｔｅｔである。回転機械１の解析モデルは、電機子１０の固定鉄心１２の径は、３００ｍｍ、内側に空隙長さ１ｍｍを持って界磁回転子２０を設置している。界磁回転子２０の極数は１６極である。電機子２０は、固定鉄心１２のスロット１４の巻線１４が三相巻線である。スロット数は９６スロットであり、三相巻線は1相1極あたり2つのスロットを有する分布巻線である。巻線１４は平角導体であり複数本がスロット１４に巻装されている。電機子２０の固定鉄心１２は４９％コバルト鋼板VACOFLUX50である。界磁回転子２０の回転鉄心はアモルファス鋼板2605HB1Mである。回転数は３０００ｒｐｍである。
第１実施形態（図４～図１２、図１７）の第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２は、プラスチック磁石のプラマグボンド磁石、他の実施例（図１８）の永久磁石は、焼結ネオジム磁石を用いた。
本開示に用いた解析条件は以下である。過渡磁場解析に用いたＦｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ解析（以下、ＦＥＡ解析と記す）は、ムラタソフトウェア（株）製のＦｅｍｔｅｔである。回転機械１の解析モデルは、電機子１０の固定鉄心１２の径は、３００ｍｍ、内側に空隙長さ１ｍｍを持って界磁回転子２０を設置している。界磁回転子２０の極数は１６極である。電機子２０は、固定鉄心１２のスロット１４の巻線１４が三相巻線である。スロット数は９６スロットであり、三相巻線は1相1極あたり2つのスロットを有する分布巻線である。巻線１４は平角導体であり複数本がスロット１４に巻装されている。電機子２０の固定鉄心１２は４９％コバルト鋼板VACOFLUX50である。界磁回転子２０の回転鉄心はアモルファス鋼板2605HB1Mである。回転数は３０００ｒｐｍである。
第１実施形態（図４～図１２、図１７）の第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２は、プラスチック磁石のプラマグボンド磁石、他の実施例（図１８）の永久磁石は、焼結ネオジム磁石を用いた。
【0043】
＜磁束の流れ＞
図４は、第１実施形態の電機子１０と界磁回転子２０との磁束６０の流れの解析を示す概略図である。界磁回転子２０の回転方向は、周方向Ｒ２である。界磁回転子のスポークの間の開孔部に隣接する第１永久磁石と結合された第２永久磁石が配され、第２永久磁石のＮ極及びＳ極は、第１永久磁石４０と同じある。磁極部３０は、ハルバッハ配列された第１永久磁石４０により、第１永久磁石４０のＮ極に挟まれＮ極に磁化された磁極部３０と、第１永久磁石のＳ極に挟まれＳ極に磁化された磁極部３０と、が周方向Ｒ２に交互に配列されている。
電機子１０からの磁束６０は、界磁回転子２０のＳ極に磁化された磁極部３０に流れ、第１永久磁石４０を流れ、Ｎ極に磁化された磁極部３０を流れ、電機子１０に戻る。
図４より、第１永久磁石４０を流れる磁束６０は、高い残留磁束密度ほどよく流れ磁束密度は大きくなり、低い残留磁束密度では流れにくくなり磁束密度は小さくなる。しかし、第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２を流れる磁束６０は、粗密なく均等にとなり集中することはない。一方、磁極部３０の極弧部３２と電機子１０の間では磁束６０が集中している。即ち、磁束密度が高くなっている。
図４は、第１実施形態の電機子１０と界磁回転子２０との磁束６０の流れの解析を示す概略図である。界磁回転子２０の回転方向は、周方向Ｒ２である。界磁回転子のスポークの間の開孔部に隣接する第１永久磁石と結合された第２永久磁石が配され、第２永久磁石のＮ極及びＳ極は、第１永久磁石４０と同じある。磁極部３０は、ハルバッハ配列された第１永久磁石４０により、第１永久磁石４０のＮ極に挟まれＮ極に磁化された磁極部３０と、第１永久磁石のＳ極に挟まれＳ極に磁化された磁極部３０と、が周方向Ｒ２に交互に配列されている。
電機子１０からの磁束６０は、界磁回転子２０のＳ極に磁化された磁極部３０に流れ、第１永久磁石４０を流れ、Ｎ極に磁化された磁極部３０を流れ、電機子１０に戻る。
図４より、第１永久磁石４０を流れる磁束６０は、高い残留磁束密度ほどよく流れ磁束密度は大きくなり、低い残留磁束密度では流れにくくなり磁束密度は小さくなる。しかし、第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２を流れる磁束６０は、粗密なく均等にとなり集中することはない。一方、磁極部３０の極弧部３２と電機子１０の間では磁束６０が集中している。即ち、磁束密度が高くなっている。
【0044】
磁極部３０は、斜辺３４の長さに対する底辺３３の長さの比（底辺３３の長さ/斜辺３４の長さ）が、０．５６以下の略二等辺三角形である。略二等辺三角形の斜辺の長さをＬとすると、磁極部において磁束は、長さ（Ｌ）の斜辺３４から流入し、半分以下の長さ（０．５６×Ｌ/２）の底辺３３から流出する。よって、磁極部３０は、磁束密度を、（斜辺の長さ）/（底辺の半分の長さ）以上、即ち、３．６（２/０．５６）倍以上に大きくすることができる。
磁極部３０の材料として一般に使われる鉄の飽和磁束密度は２［Ｔ］で、実際には９０％程度の１．８［Ｔ］である。一方、低価格ではあるが磁力の弱い磁石として知られているプラスチック磁石の磁束密度は０．５［Ｔ］程度である。よって、本態様の磁極部３０は、永久磁石として前記のような磁力の弱いプラスチック磁石を用いたときであっても、０．５×３．６＝１．８［Ｔ］の、鉄並みの理想とすべき強い磁束密度を得ることができる。よって、解析により、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１２．５％以上大きくすることができ、目標とするトルク２２５Ｎｍを達成することができる。
磁極部３０の材料として一般に使われる鉄の飽和磁束密度は２［Ｔ］で、実際には９０％程度の１．８［Ｔ］である。一方、低価格ではあるが磁力の弱い磁石として知られているプラスチック磁石の磁束密度は０．５［Ｔ］程度である。よって、本態様の磁極部３０は、永久磁石として前記のような磁力の弱いプラスチック磁石を用いたときであっても、０．５×３．６＝１．８［Ｔ］の、鉄並みの理想とすべき強い磁束密度を得ることができる。よって、解析により、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１２．５％以上大きくすることができ、目標とするトルク２２５Ｎｍを達成することができる。
【0045】
第２永久磁石４２も第１永久磁石４０と同様のハルバッハ配列である。よって、電機子１０からの磁束６０は、界磁回転子２０のＳ極に着磁された磁極部３０に流れ、更に磁極部３０の頂部３５からＳ極に着磁されたスポーク２６を流れ、第２永久磁石４２の内部を粗密なく均等に流れ、Ｎ極に着磁されたスポーク２６を流れ、Ｎ極に着磁された磁極部３０に流れ、電機子１０に戻る。特に、この磁束６０は、磁極部３０の内部では中央部を流れる。磁極部３０の中央部は、第１永久磁石４０を流れる磁束６０が少ない領域である。よって、第２永久磁石４２とスポーク２６は、更に磁束密度を高める効果がある。ここでの電機子１０の固定鉄心１２が径３００の実施例では、磁極部３０は、底辺３３が２０．８ｍｍ、斜辺３４が４４．８mm、の略二等辺三角形となっている（斜辺３４/底辺３３＝２．１５）である。頂部３５の長さは、３．１ｍｍである。よって、ハブ２７につながるスポーク２６の幅は３．１mmとしている。スポーク２６の幅は、底辺３３の長さの１５％程度である。
【0046】
＜磁束密度＞
図５は、第１実施形態の回転電機１の電機子１０と界磁回転子２０の磁束密度の解析を示す概略図である。図５（ａ）は、解析の対象部を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡで示す領域の磁束密度の解析結果を示す。磁束密度は、電機子１０のティース１１と界磁回転子２０の磁極部３０の間で高くなっている。発生トルクに寄与するのは、回転方向Ｒ２の第1永久磁石４０の電機子１０の境界の磁束密度の大きさである。この空隙間の最大の磁束密度は、１．９［Ｔ］である。
この解析において、第１永久磁石４０及び第２永久磁石は、プラスチック磁石を用いている。プラスチック磁石の磁束密度には、一般的な０．５［Ｔ］を用いた。磁極部３０の磁束６０の集中効果により、一般に使われる鉄の飽和磁束密度の２［Ｔ］に近い理想とすべき磁束密度を得ることができる。
図６は、第１実施形態の回転電機１の発生したトルクを示す。トルクは、２３５Ｎｍ（平均）である。発生したトルクの内、一般に鉄が磁気により吸着される力により生まれるトルクのことであるリラクタンストルクは、８０Ｎｍである。これは、磁極部３０が鉄材料だからである。
図５は、第１実施形態の回転電機１の電機子１０と界磁回転子２０の磁束密度の解析を示す概略図である。図５（ａ）は、解析の対象部を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡで示す領域の磁束密度の解析結果を示す。磁束密度は、電機子１０のティース１１と界磁回転子２０の磁極部３０の間で高くなっている。発生トルクに寄与するのは、回転方向Ｒ２の第1永久磁石４０の電機子１０の境界の磁束密度の大きさである。この空隙間の最大の磁束密度は、１．９［Ｔ］である。
この解析において、第１永久磁石４０及び第２永久磁石は、プラスチック磁石を用いている。プラスチック磁石の磁束密度には、一般的な０．５［Ｔ］を用いた。磁極部３０の磁束６０の集中効果により、一般に使われる鉄の飽和磁束密度の２［Ｔ］に近い理想とすべき磁束密度を得ることができる。
図６は、第１実施形態の回転電機１の発生したトルクを示す。トルクは、２３５Ｎｍ（平均）である。発生したトルクの内、一般に鉄が磁気により吸着される力により生まれるトルクのことであるリラクタンストルクは、８０Ｎｍである。これは、磁極部３０が鉄材料だからである。
【0047】
＜従来の例＞
図１８及び図１９は、従来の回転機械１０１の磁束密度及び発生トルクの解析を示す概略図である。これは、一般的なハルバッハ配列である回転軸方向Ｚを中心とした円環形状の永久磁石を径方向Ｒ１で分割したものである。よって、本開示の磁極部３０の代わりに永久磁石を使用している。
図１８（ａ）は、解析の対象部を示す。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＢで示す領域の磁束密度の解析結果を示す。磁束密度は、電機子１１０のティース１１１と界磁回転子１２０の磁極部１３０の間で高くなっていない。空隙間の最大の磁束密度は、１．６［Ｔ］である。
図１９は、発生したトルクを示す。トルクは、２２７Ｎｍである。発生したトルクの内、一般に鉄が磁気により吸着される力により生まれるトルクのことであるリラクタンストルクは、０Ｎｍである。これは、磁極部１３０が鉄材料でないからである。
図１８及び図１９は、従来の回転機械１０１の磁束密度及び発生トルクの解析を示す概略図である。これは、一般的なハルバッハ配列である回転軸方向Ｚを中心とした円環形状の永久磁石を径方向Ｒ１で分割したものである。よって、本開示の磁極部３０の代わりに永久磁石を使用している。
図１８（ａ）は、解析の対象部を示す。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＢで示す領域の磁束密度の解析結果を示す。磁束密度は、電機子１１０のティース１１１と界磁回転子１２０の磁極部１３０の間で高くなっていない。空隙間の最大の磁束密度は、１．６［Ｔ］である。
図１９は、発生したトルクを示す。トルクは、２２７Ｎｍである。発生したトルクの内、一般に鉄が磁気により吸着される力により生まれるトルクのことであるリラクタンストルクは、０Ｎｍである。これは、磁極部１３０が鉄材料でないからである。
【0048】
＜極弧ピッチ＞
回転電機１のトルク発生の作用をする磁極部３０の力の作用を分析する。ある磁極部３０から次の磁極部３０までの半周期（電気角１８０°）において、周方向Ｒ２での半周期の作用配分は、先端側１/６～３/６に吸着トルクの作用域、続いて３/６～５/６は中立域、後端側５/６～６/６が押返トルク力（又は逆トルク）の作用域となる。回転電機１は、前進回転方向に界磁回転子２０が電機子１０に順次通電されて引っ張られる動特性であることにより作用域が重なるが、６等分と見なして大過ない。よって、回転電機１の作用配分から電気角１８０°の範囲を６等分した電気角３０°を基準の単位とする。界磁回転子２０の回転軸方向Ｚから見た、磁極部３０の極弧部３２の幅の電気角（Ａ°）の、電気角３０°(Ｂ°)に対する比である極弧ピッチλ（＝Ａ/Ｂ）に対する発生するトルクを検討した。これは、極弧ピッチλにより、磁極部３０の磁束６０の集中による磁束密度（即ち発生するトルク）が変動するからである。
回転電機１のトルク発生の作用をする磁極部３０の力の作用を分析する。ある磁極部３０から次の磁極部３０までの半周期（電気角１８０°）において、周方向Ｒ２での半周期の作用配分は、先端側１/６～３/６に吸着トルクの作用域、続いて３/６～５/６は中立域、後端側５/６～６/６が押返トルク力（又は逆トルク）の作用域となる。回転電機１は、前進回転方向に界磁回転子２０が電機子１０に順次通電されて引っ張られる動特性であることにより作用域が重なるが、６等分と見なして大過ない。よって、回転電機１の作用配分から電気角１８０°の範囲を６等分した電気角３０°を基準の単位とする。界磁回転子２０の回転軸方向Ｚから見た、磁極部３０の極弧部３２の幅の電気角（Ａ°）の、電気角３０°(Ｂ°)に対する比である極弧ピッチλ（＝Ａ/Ｂ）に対する発生するトルクを検討した。これは、極弧ピッチλにより、磁極部３０の磁束６０の集中による磁束密度（即ち発生するトルク）が変動するからである。
【0049】
図５において、解析点は８点（Ｉ～ＶＩＩＩ）ある。点Ｉは、極弧ピッチλ＝１．７でトルクは２１３Ｎｍである。点ＩＩは、極弧ピッチλ＝２．１でトルクは２２２Ｎｍである。点ＩＩＩは、極弧ピッチλ＝２．６でトルクは２３１Ｎｍである。点ＩＶは、極弧ピッチλ＝３．０でトルクは２３５Ｎｍである。点Ｖは、極弧ピッチλ＝３．４でトルクは２２９Ｎｍである。点ＶＩは、極弧ピッチλ＝４．０でトルクは２２７Ｎｍである。点ＶＩＩは、極弧ピッチλ＝４．４でトルクは２２４Ｎｍである。点ＶＩＩＩは、極弧ピッチλ＝５．０でトルクは２２１６Ｎｍである。
そのうち５つの点（点Ｉ、点ＩＶ、点Ｖ、点ＶＩＩ、及び点ＶＩＩＩ）の磁束密度の解析結果を、それぞれ図８に点Ｉ、図９に点ＩＶ、図１０に点Ｖ、図１１に点ＶＩＩ、及び図１２に点ＶＩＩＩを示す。それぞれ図（ａ）に解析部位、図（ｂ）に磁束密度（色）及び磁束（線）を示す。
磁極部３０の略二等辺三角形の形状は、極弧ピッチλが大きくなると、斜辺の長さはほとんど変わらないが、頂角は大きくなり底辺３３の長さは大きくなる。よって、極弧ピッチλが大きいほど、斜辺３４の長さに対する底辺３３の長さの比（底辺の長さ/斜辺の長さ）は大きくなる。
尚、磁極部３０の略二等辺三角形の大きさは、点ＩＩＩ（極弧ピッチλ＝２．６）において、底辺１８．４ｍｍ、斜辺４３ｍｍである（底辺３３/斜辺３４＝０．４２）。点Ｖ（極弧ピッチλ＝３．４）において、底辺２３．２ｍｍ、斜辺４５ｍｍである（底辺３３/斜辺３４＝０．５１）。
発生トルクに寄与するのは、第1永久磁石４０が接する磁極部３０の回転前方の磁極部外縁３８と電機子１０との間にある境界付近の磁束６０が行き来する空隙領域の磁束密度の大きさである。
極弧ピッチλが大きいほど磁路の断面積が広がり、電機子１０と磁極部３０の間の境界の磁気抵抗が低下し、磁束６０が増加することによりトルクが増加する。しかし、極弧ピッチλを大きくし過ぎると周方向に隣り合う磁極部３０同士の間隔は狭くなるから、その間に配される第1永久磁石４０の厚さは薄くなる。よって第1永久磁石４０の起磁力が低下し、磁束６０が減少してトルクが低下する。
一方、極弧ピッチλが小さい、即ち極弧幅が狭い場合は、第1永久磁石４０の厚さが厚くでき起磁力が増加し、磁束６０が増加してトルクが増加する。しかし、極弧ピッチλを小さくし過ぎると磁極部３０の幅が狭くなり、磁極部３０で磁気飽和が発生して磁気抵抗が増加し、磁束６０が減少してトルクが低下する。
以上より、発生するトルクは、極弧ピッチλにより凸部を有する傾向がある。
そのうち５つの点（点Ｉ、点ＩＶ、点Ｖ、点ＶＩＩ、及び点ＶＩＩＩ）の磁束密度の解析結果を、それぞれ図８に点Ｉ、図９に点ＩＶ、図１０に点Ｖ、図１１に点ＶＩＩ、及び図１２に点ＶＩＩＩを示す。それぞれ図（ａ）に解析部位、図（ｂ）に磁束密度（色）及び磁束（線）を示す。
磁極部３０の略二等辺三角形の形状は、極弧ピッチλが大きくなると、斜辺の長さはほとんど変わらないが、頂角は大きくなり底辺３３の長さは大きくなる。よって、極弧ピッチλが大きいほど、斜辺３４の長さに対する底辺３３の長さの比（底辺の長さ/斜辺の長さ）は大きくなる。
尚、磁極部３０の略二等辺三角形の大きさは、点ＩＩＩ（極弧ピッチλ＝２．６）において、底辺１８．４ｍｍ、斜辺４３ｍｍである（底辺３３/斜辺３４＝０．４２）。点Ｖ（極弧ピッチλ＝３．４）において、底辺２３．２ｍｍ、斜辺４５ｍｍである（底辺３３/斜辺３４＝０．５１）。
発生トルクに寄与するのは、第1永久磁石４０が接する磁極部３０の回転前方の磁極部外縁３８と電機子１０との間にある境界付近の磁束６０が行き来する空隙領域の磁束密度の大きさである。
極弧ピッチλが大きいほど磁路の断面積が広がり、電機子１０と磁極部３０の間の境界の磁気抵抗が低下し、磁束６０が増加することによりトルクが増加する。しかし、極弧ピッチλを大きくし過ぎると周方向に隣り合う磁極部３０同士の間隔は狭くなるから、その間に配される第1永久磁石４０の厚さは薄くなる。よって第1永久磁石４０の起磁力が低下し、磁束６０が減少してトルクが低下する。
一方、極弧ピッチλが小さい、即ち極弧幅が狭い場合は、第1永久磁石４０の厚さが厚くでき起磁力が増加し、磁束６０が増加してトルクが増加する。しかし、極弧ピッチλを小さくし過ぎると磁極部３０の幅が狭くなり、磁極部３０で磁気飽和が発生して磁気抵抗が増加し、磁束６０が減少してトルクが低下する。
以上より、発生するトルクは、極弧ピッチλにより凸部を有する傾向がある。
【0050】
図５は、極弧ピッチλによる発生するトルクを示す。
点α１（極弧ピッチλ＝２．２）及び点β１（極弧ピッチ＝４．３）では、発生するトルクは２２５Ｎｍであり、極弧ピッチλ＝２．２～４．３の範囲では２２５Ｎｍ以上となる。よって、発生トルクを１２．５％以上大きくすることができる。
開示である極弧ピッチλ＝２．２～４．３の範囲では、下限λ＝２．２及び上限λ＝４．３にて、トルクは最小値の２２５Ｎｍとなり、トルクの最大値は２３５Ｎｍを持つ凸傾向にある。
よって、解析により、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１２．５％程度大きくすることができ、目標とするトルク２２５Ｎｍを達成することができる。
一方、点α２（極弧ピッチλ＝２．５）及び点β２（極弧ピッチ＝３．３）では、発生するトルクは２２９Ｎｍであり、極弧ピッチλ＝２．５～３．３の範囲では２２９Ｎｍ以上となる。よって、発生トルクを１４．５％以上大きくすることができる。
開示である極弧ピッチλ＝２．５～３．３の範囲では、下限λ＝２．５及び上限λ＝３．３にて、トルクは最小値の２２９Ｎｍとなり、トルクの最大値は２３５Ｎｍを持つ凸傾向にある。例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１５％程度大きくすることができ、目標より大きいトルク２３０Ｎｍを達成することができる。
点α１（極弧ピッチλ＝２．２）及び点β１（極弧ピッチ＝４．３）では、発生するトルクは２２５Ｎｍであり、極弧ピッチλ＝２．２～４．３の範囲では２２５Ｎｍ以上となる。よって、発生トルクを１２．５％以上大きくすることができる。
開示である極弧ピッチλ＝２．２～４．３の範囲では、下限λ＝２．２及び上限λ＝４．３にて、トルクは最小値の２２５Ｎｍとなり、トルクの最大値は２３５Ｎｍを持つ凸傾向にある。
よって、解析により、例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１２．５％程度大きくすることができ、目標とするトルク２２５Ｎｍを達成することができる。
一方、点α２（極弧ピッチλ＝２．５）及び点β２（極弧ピッチ＝３．３）では、発生するトルクは２２９Ｎｍであり、極弧ピッチλ＝２．５～３．３の範囲では２２９Ｎｍ以上となる。よって、発生トルクを１４．５％以上大きくすることができる。
開示である極弧ピッチλ＝２．５～３．３の範囲では、下限λ＝２．５及び上限λ＝３．３にて、トルクは最小値の２２９Ｎｍとなり、トルクの最大値は２３５Ｎｍを持つ凸傾向にある。例えば、自動車等で用いられる外径３００ｍｍの小型の回転電機では、発生するトルクを１５％程度大きくすることができ、目標より大きいトルク２３０Ｎｍを達成することができる。
【0051】
以上より、第１実施形態は、電機子１０と界磁回転子２０の間に流れる磁束６０を、第１永久磁石４０及び第２永久磁石４２の間に設置される磁極部３０及びスポーク２６により集中させ大きな磁束密度として大きなトルクを発生させる回転電機１を提供することができる。
更に、第３実施形態は、電機子１０と界磁回転子２０の間に流れる磁束６０を、第１永久磁石４０の間に設置される磁極部３０により集中させ大きな磁束密度として大きなトルクを発生させる回転電機１を提供することができる。
更に、第３実施形態は、電機子１０と界磁回転子２０の間に流れる磁束６０を、第１永久磁石４０の間に設置される磁極部３０により集中させ大きな磁束密度として大きなトルクを発生させる回転電機１を提供することができる。
【0052】
（第２実施形態）
第２実施形態の回転電機１を、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３に示すように第２実施形態の回転電機１は、第１実施形態の回転電機１に対して、第２永久磁石４２を削除し開孔部２４としている。よって、回転電機１の回転によりスポーク２６の間の開口部２４に流れる空気により、磁極部３０及び第１永久磁石４０に発生する熱を、効率良く放熱することができる。よって、第１永久磁石４０の温度上昇を抑制して性能を高く維持できる効果がある。永久磁石は温度上昇により不可逆的に減磁するので、温度上昇の抑制は重要である。
第２実施形態の回転電機１を、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３に示すように第２実施形態の回転電機１は、第１実施形態の回転電機１に対して、第２永久磁石４２を削除し開孔部２４としている。よって、回転電機１の回転によりスポーク２６の間の開口部２４に流れる空気により、磁極部３０及び第１永久磁石４０に発生する熱を、効率良く放熱することができる。よって、第１永久磁石４０の温度上昇を抑制して性能を高く維持できる効果がある。永久磁石は温度上昇により不可逆的に減磁するので、温度上昇の抑制は重要である。
【0053】
本開示の回転電機１の磁極部３０は、高い磁束密度を実現し高いトルクを発生する。磁極部３０や第１永久磁石４０などには大きな磁気的な力が作用するため、周方向Ｒ２の変位や振動が大きくなるまた、径方向Ｒ１には遠心力が作用する。スポーク２６により磁極部３０及び第１永久磁石４０をハブ２７に堅固に支持できる。
【0054】
図１４は、ブリッジ５０、磁極部外縁３８の構成の概略図である。この態様によれば、界磁回転子２０の磁極部３０の外周に磁極部外縁３８と、界磁回転子２０の第１永久磁石４０の外周にブリッジと５０を有し、隣接する磁極部外縁３８とブリッジ５０の端部が全て結合している。よって、第１永久磁石４０と磁極部３０との外周に、磁極部外縁３８とブリッジ５０と結合したリングを有する。このリングが磁極部３０と第１永久磁石４０などの永久磁石をハブに機械的に一体化して結合させて強固にしている。本開示の界磁回転子２０の磁極部３０は、高い磁束密度を実現し高いトルクを発生する。よって、磁極部３０や第１永久磁石４０などには大きな磁気的な力が作用するため、周方向Ｒ２の変位や振動が大きくなり、径方向Ｒ１の遠心力も作用する。よって、一体化したリングの効果は大きい。
【0055】
電機子と対向するブリッジ５０の面つけた、へこみ５２を図１４に示す。界磁回転子２０と電機子１０との空隙長に狭いところと広いところがあると磁束６０は狭いところに集中する。電機子と対向するブリッジ５０の面に、へこみ５２を有すると空隙長は広くなる。よって、磁極部外縁３８との空隙長が相対的に狭くなる。磁極部外縁３８は、磁極部３０の極弧部３２に接しているので、磁極部３０での磁束６０の集中を高めることができる。
【0056】
ブリッジ５０は、非磁性部材が良い。隣接する磁極部３０の極性はN極、S極と異極が交互に並ぶ。ここで、隣接する磁極部３０を結ぶブリッジ５０が磁性材の場合、ブリッジ５０を介して隣あう異極間に磁束６０の漏れ、即ちショートカットが生じる。ショートカットが生じると、電機子１０の固定鉄心１２への供給される磁束６０の量が減る。ブリッジ５０を非磁性材にすると、ショートカットが抑制される。
【0057】
以上より、第２実施形態は、隣接するスポーク２６の間を開孔部２４として、第１永久磁石４０で発生する熱を効率的に冷却することができる回転電機１を提供することができる。
更に、第２実施形態は、電機子１０と界磁回転子２０の間に流れる磁束６０を、第１永久磁石４０の間に設置される磁極部３０により集中させ大きな磁束密度として大きなトルクを発生させる回転電機１を提供することができる。
更に、第２実施形態は、電機子１０と界磁回転子２０の間に流れる磁束６０を、第１永久磁石４０の間に設置される磁極部３０により集中させ大きな磁束密度として大きなトルクを発生させる回転電機１を提供することができる。
【0058】
（第３実施形態）
第３実施形態の回転電機１は、第２実施形態のスポーク２６、開孔部２４をハブ２７と一体化した構成である。一体化されたハブ２７は、径方向Ｒ１を一体化前の長さに小さくすることが可能である。よって、回転電機１を小型化できる。
更に、第３実施形態は、電機子１０と界磁回転子２０の間に流れる磁束６０を、第１永久磁石４０の間に設置される磁極部３０により集中させ大きな磁束密度として大きなトルクを発生させる回転電機１を提供することができる。
第３実施形態の回転電機１は、第２実施形態のスポーク２６、開孔部２４をハブ２７と一体化した構成である。一体化されたハブ２７は、径方向Ｒ１を一体化前の長さに小さくすることが可能である。よって、回転電機１を小型化できる。
更に、第３実施形態は、電機子１０と界磁回転子２０の間に流れる磁束６０を、第１永久磁石４０の間に設置される磁極部３０により集中させ大きな磁束密度として大きなトルクを発生させる回転電機１を提供することができる。
【0059】
（第４実施形態）
第４実施形態の回転電機１の概略図を図１５から図１７に示す。図１５に示す第４実施形態の回転電機１は、図１６（ｂ）に示すように界磁回転子２０のスポーク２６、ハブ２７、第２永久磁石４２、及び第１永久磁石４０が一つに結合された第３永久磁石４４を有する。第３永久磁石４４を用いると永久磁石のパーツ数が一個と少なくでき組付け工数の低減ができる。特に、射出成形が可能となるプラスチック磁石を用いると低コスト化できる。また、プラスチック磁石は、焼結金属磁石に比べて軽いので 回転鉄心２２との量が減り、回転電機１全体として軽量化ができる。
第４実施形態の回転電機１の概略図を図１５から図１７に示す。図１５に示す第４実施形態の回転電機１は、図１６（ｂ）に示すように界磁回転子２０のスポーク２６、ハブ２７、第２永久磁石４２、及び第１永久磁石４０が一つに結合された第３永久磁石４４を有する。第３永久磁石４４を用いると永久磁石のパーツ数が一個と少なくでき組付け工数の低減ができる。特に、射出成形が可能となるプラスチック磁石を用いると低コスト化できる。また、プラスチック磁石は、焼結金属磁石に比べて軽いので 回転鉄心２２との量が減り、回転電機１全体として軽量化ができる。
【0060】
第１永久磁石４０、第２永久磁石４２、又は第３永久磁石４４は着磁されている。着磁の形態としては、並行着磁と極異方性着磁がある。図１７（ａ）に第３永久磁石４４での並行着磁を示す。図１７（ｂ）に第３永久磁石４４での極異方性着磁を示す。異方性着磁は製造方法が困難である。よって、第１実施形態の解析では平行着磁で行った。
【0061】
また、プラスチック磁石への並行着磁は、全体的に均質に着磁できる。よって、プラスチック磁石の量に対して、プラスチック磁石の磁界エネルギーが大きく確保でき発生トルクが大きくなる。また、プラスチック磁石単体での着磁を、界磁回転子２０の組み立て前にできるので、プラスチック磁石の個々の出来栄え（品質など）が良い、又検査が容易であり、総合して低コストになる。
【0062】
以上、第４実施形態の回転電機１は、界磁回転子２０のスポーク２６、ハブ２７、第２永久磁石４２、及び第１永久磁石４０が一つに結合された第３永久磁石４４を有する。よって、組付け工数が低減できる。また、プラスチック磁石を用いることで低コスト化、軽量化ができる。
【符号の説明】
【0063】
符号
１ 回転電機 ３ 回転軸
５ ハブ（回転軸側） ７ 空隙（電機子と界磁回転子の間）
１０ 電機子 １１ ティース
１２ 固定鉄心 １４ スロット
１６ 巻線
２０ 界磁回転子 ２２ 回転鉄心
２４ 開孔部 ２６ スポーク
２７ ハブ （回転鉄心）
３０ 磁極部 ３２ 極弧部
３３ 底辺 ３４ 斜辺
３５ 頂部 ３８ 磁極部外縁
４０ 第１永久磁石 ４２ 第２永久磁石
４４ 第３永久磁石
５０ ブリッジ ５２ へこみ
６０ 磁束
Ｚ 回転軸方向
Ｒ１ 径方向 Ｒ２ 周方向（回転方向）
１ 回転電機 ３ 回転軸
５ ハブ（回転軸側） ７ 空隙（電機子と界磁回転子の間）
１０ 電機子 １１ ティース
１２ 固定鉄心 １４ スロット
１６ 巻線
２０ 界磁回転子 ２２ 回転鉄心
２４ 開孔部 ２６ スポーク
２７ ハブ （回転鉄心）
３０ 磁極部 ３２ 極弧部
３３ 底辺 ３４ 斜辺
３５ 頂部 ３８ 磁極部外縁
４０ 第１永久磁石 ４２ 第２永久磁石
４４ 第３永久磁石
５０ ブリッジ ５２ へこみ
６０ 磁束
Ｚ 回転軸方向
Ｒ１ 径方向 Ｒ２ 周方向（回転方向）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
